CN103422423A - 节段式模块化快速组拼桥 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种节段式模块化快速组拼桥,其包含跳板桥节（1）和标准桥节（2）,其中跳板桥节（1）,包括顶板（11）、腹板（12）、底板（13）、承压互锁端板（14）及阴阳头连接耳板（15）；标准桥节（2），包括顶板（21）、腹板（22）、底板（23）、承压互锁端板（24）及阴阳头连接耳板（25）；跳板桥节（1）和标准桥节（2）由承压互锁端板（14）、阴阳头连接耳板（15）与承压互锁端板（24）、阴阳头连接耳板（25）固定连接；标准桥节（2）之间由承压互锁端板（24）和阴阳头连接耳板（25）固定连接；每两幅组拼桥之间通过横向连接臂（3）固定连接。优点在于，节段式模块化快速组拼桥运输方便，组拼灵活，能快速架设，特别适用于抢险救灾的波纹钢腹板叠层复合材料节段式模块化快速组拼应急桥。

Description

节段式模块化快速组拼桥

技术领域

本发明涉及一种快速组拼桥，特别是涉及一种节段式模块化快速组拼桥。 

背景技术

地震作为一种突发性的自然灾害，具有发生时间短、波及面广、造成灾害程度严重的特点。破坏性地震常常引起桥梁破坏，造成交通中断，给震后应急救援工作带来诸多障碍。公路交通是震灾应急救援人员和物资运输的重要通道，是灾区的交通生命线。快速抢通因地震而中断的生命线，是抢险救灾工作的重要内容和关键环节。在抢通生命线工作中，往往需要采用搭设临时便桥的方法跨越中断的桥梁或道路等重大障碍。 

现有临时便桥以桁架式（贝雷式）临时钢桥为主。国内现有的“321”战备钢桥和HD200型装配式公路钢桥是在英制贝雷梁桥的基础上研制而成的。20世纪60年代我国仿英国“贝雷桥”研制出了桁架式公路钢桥，后来广州军区工程科研设计所等单位进行了改进，形成了在现在定型的“321”战备钢桥，人们通常称其为“贝雷架”。HD200型装配式公路钢桥(简称200型钢桥),是在“321”钢桥的基础上,参照英国美贝公司的轻便(compact)200型钢桥,由中交公路规划设计院设计和开发的新一代战备钢桥。此类桁架式临时钢桥虽然具有结构简单、运输方便、载重量大等特点，但其架设拼装费时费力，不便紧急情况下的应急架设，且其自重也较大，不便于轻便运输 

除桁架式临时钢桥外，也有采用型钢等搭设而成的简易临时钢便桥，如采用临时钢管桩或钢丝石笼等做基础，工字型钢梁等作为临时纵梁和横梁，钢板或木板等作为临时桥面行车系的临时钢便桥。简易临时钢便桥虽然取材灵活，但其搭设往往需要很长的时间，不适宜震灾应急的紧急需求。 

综合来看，现有临时桥梁技术的特点是杆件多而复杂，自重也较大，施工架设费时费力，普遍不适于震后紧急情况下应急抢险的需要。 

随着现代桥梁结构型式的不断演化和发展，波纹钢板以其较好的结构稳定性在钢结构和钢-混凝土组合结构中得到了一定的应用。波纹钢腹板梁的剪力完全由腹板承担，钢腹板的破坏是由屈曲强度控制，当波纹较密时，由整体屈曲强度控制；当波纹较疏时，由局部屈曲强度控制；而在屈曲过程中，有可能伴随着整体屈曲和局部屈曲的合成屈曲。利用ABAQUS的有限元分析进一步验证了上述结论，并且能够与相关试验结果较好地吻合。钢翼缘波纹钢腹板梁的抗弯试验表明，钢翼缘波纹钢腹板梁的破坏均是开始 于上翼缘的屈服，最终而导致腹板的屈曲破坏,波纹钢腹板对抗弯承载力的贡献可以忽略不计，梁中弯矩和剪力不发生相互作用。对平钢腹板梁和竖向波纹钢腹板梁的有限元分析表明，采用竖向波纹形状的钢腹板梁，其极限承载力明显提高，在相同跨径和相同极限荷载下，采用竖向波纹钢腹板梁比平钢腹板梁可减小自重10％左右。因此，在应急桥设计中，采用波纹钢板结构的可以获得较高的屈曲稳定性。 

钢板（或高强铝合金）夹心板由薄钢板面层和夹心层粘接而成，面层提供抗弯和抗剪能力，蜂窝状夹心层起提高结构屈曲稳定性的作用，这种组合避免了钢板过早的屈曲失稳破坏，使钢板的强度充分发挥，可以采用更薄的钢板设计，从而减轻了结构的重量。夹心层形状可采用蜂窝状或正弦波形，夹心层材料可采用铝合金或FRP材料，夹心层与面层的粘结采用高强环氧胶实现。因此，在应急桥设计中，采用钢板（或高强铝合金）夹心板结构的可以获得较高的屈曲稳定性，并可大量减轻结构重量。 

CFRP（碳纤维增强复合材料）作为一种新型结构材料，在结构工程领域得到了广泛的应用。CFRP材料最突出的优点在于它有很高的比强度，即通常所说的轻质高强。在桥梁结构中，采用CFRP材料替代传统材料可以大大减轻结构自重，增大承载能力和跨越能力。CFRP板一般为线弹性、脆性材料，受力呈各项异性，在受力复杂的节点连接处构造困难。钢板为弹塑性材料，受力呈各项同性，在受力复杂的节点连接处构造简单。用CFRP板和钢板组合而成的叠层复合材料，可以取长补短，通过组合能够更好地发挥它们的共同的优势。同时，借助钢板的机械连接方法可解决CFRP连接困难的问题，使CFRP的利用更为有效。因此，在应急桥设计中，采用CFRP－钢板叠层复合材料在提高结构承载能力，增大结构跨度的同时，减轻结构的重量。 

预应力钢结构是近年来发展起来的一种新型工程结构，在吊挂结构。索网、索膜、索穹顶结构，张弦结构等中均有预应力钢结构技术的应用。预应力钢结构，能使钢材的拉、压强度同时得到充分利用，还能调节结构的刚度，有效节约钢材，增加结构稳定性，减少结构变形。因此，在应急桥设计中，采用预应力钢结构也可以在提高结构承载能力，增大结构跨度的同时，减轻结构的重量。 

有鉴于上述现有的临时便桥存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种节段式模块化快速组拼桥，能够改进一般现有的临时便桥，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。 

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的临时便桥存在的缺陷，而提供一种节段式模块化快速组拼桥，所要解决的技术问题是针对目前震灾应急救援常用的321钢桥、HD200钢桥和简易临时钢桥等的一些不足，提供运输方便，可灵活组拼，能快速架设，特别适用于抢险救灾的波纹钢腹板叠层复合材料节段式模块化快速组拼应急桥。 

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种节段式模块化快速组拼桥，其包含：跳板桥节，包括顶板、腹板、底板、承压互锁端板及阴阳头连接耳板；标准桥节，包括顶板、腹板、底板、承压互锁端板及阴阳头连接耳板；跳板桥节和标准桥节由承压互锁端板、阴阳头连接耳板与承压互锁端板、阴阳头连接耳板固定连接；标准桥节之间由承压互锁端板和阴阳头连接耳板互相固定连接。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的跳板桥节的顶板与底板呈角度θ斜置，腹板位于底板及顶板之间并与底板和顶板一体成型制成；承压互锁端板和阴阳头连接耳板均在跳板桥节的连接端，承压互锁端板为π形，与跳板桥节一体成型制成，阴阳头连接耳板与腹板以螺栓固定连接。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的角度θ介于0度和90度之间。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的跳板桥节内具有顶板U型加劲肋，与顶板一体成型；所述的跳板桥节内具有大挖空横隔板和一字横隔板，在跳板桥节内一体成型制成。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的标准桥节的顶板、底板和腹板一体成型制成，承压互锁端板和阴阳头连接耳板均在标准桥节的连接端，承压互锁端板为π形，与标准桥节一体成型制成，阴阳头连接耳板与腹板以螺栓固定连接。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的标准桥节内具有顶板U型加劲肋，与顶板一体成型；所述的标准桥节内具有大挖空横隔板和一字横隔板，在标准桥节内一体成型制成。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，其中所述的顶板为花纹钢板，底板为CFRP-钢板叠层复合材料，腹板为褶皱型钢板。 

较佳地，前述的节段式模块化快速组拼桥，根据宽度的不同要求可以由几个节段式模块化快速组拼桥水平平行拼接而成，其中每两个并排的跳板桥节之间用横向连接臂固定连接，每两个并排的标准桥节之间用横向连接臂固定连接。跳板桥节的横向连接臂设置于变高度和等高度连接处，标 准桥节以2米或4米间距设置多个横向连接臂。 

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明一种节段式模块化快速组拼桥至少具有下列优点： 

1、本发明将波纹钢腹板应用于应急桥腹板受剪，成倍提高了结构屈曲稳定性。将CFRP－钢板叠层复合材料应用于应急桥底板受拉，在提高结构承载能力和跨越能力的同时，大幅度减轻了结构重量。与同等跨度和承载能力的桁架式临时钢桥相比，屈曲稳定性提高近一倍，结构重量减轻近30％； 

2、本发明的应急桥桥体采用双π形截面，结构简洁，受力合理，方便运输和建设，可大幅度节约架设时间； 

3、本发明的应急桥采用模块化设计，整座桥梁由跳板桥节和标准桥节组成，可以根据不同的需要灵活组拼； 

4、本发明的应急桥采用受力顶板与桥面系一体化设计，顶板即作为结构的受压构件，又作为车辆走行的桥面系； 

5、本发明的应急桥拼装连接部采用底部单排销轴连接和顶部承压板剪力互锁设计，在提高截面有效高度从而提高结构承载能力的同时，减少了拼装连接构件从而节约现场拼装架设时间； 

6、本发明的应急桥可跨越30m的障碍，满足30t车辆单向通行，在2小时内完成拼装架设，较现有桁架式临时钢桥，减轻结构重量达30％，减少架设时间近75％； 

7、本发明由于采用节段式模块化的桥梁形式，使其具有灵活性和可设计性，便于在灾害发生后实现方便的运输和快速的拼装架设，大大减少桥梁的现场拼装架设时间和施工难度，实现快速跨越，在抢险救灾中具有十分广阔的应用前景； 

8、本发明的波纹钢腹板叠层复合材料节段式模块化快速组拼应急桥，在地震等灾害造成桥梁损伤或中断时，能在最短的时间内快速架设临时应急桥梁，抢通中断道路，迅速跨越障碍，保证救灾人员和物资的运输能够及时到达灾区，减少灾害和次生灾害所造成的社会和经济损失。综上所述，本发明一种节段式模块化快速组拼桥，采用模块化设计，整座桥梁由跳板桥节和标准桥节组成，可以根据不同的需要灵活组拼。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果,诚为一新颖、进步、实用的新设计。 

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。 

附图说明

图1是本发明节段式模块化快速组拼桥内部结构分解示意图。 

图2是本发明的跳板桥节结构示意图。 

图3是本发明的跳板桥节内部结构示意图。 

图4是本发明的标准桥节结构示意图。 

图5是本发明的标准桥节内部结构示意图。 

图6是本发明的顶板示意图。 

图7是本发明的大挖空横隔板示意图。 

图8是本发明的一字型横隔板示意图。 

图9是本发明的承压互锁端板示意图。 

图10是本发明的阴头连接耳板示意图。 

图11是本发明的阳头连接耳板示意图。 

图12是本发明的跨中横断面示意图。 

图13是本发明节段式模块化快速组拼桥的第一个实施例。 

图14是本发明节段式模块化快速组拼桥的第二个实施例拼装示意图。 

图15是本发明节段式模块化快速组拼桥的第三个实施例拼装示意图。 

图16是本发明的第三个实施例跳板桥节结构示意图。 

图17是本发明的第三个实施例标准桥节内部结构示意图。 

图18是本发明的第三个实施例锚固垫板示意图。 

图19是本发明的第三个实施例底板预应力示意图。 

图20是本发明节段式模块化快速组拼桥的组合示意图。 

图21是本发明节段式模块化快速组拼桥的组合示意图。 

图22是本发明节段式模块化快速组拼桥的组合示意图。 

图23是本发明节段式模块化快速组拼桥的组合示意图。 

主要符号说明： 

1：跳板桥节 

11：顶板                    12：腹板 

13：底板 

14：承压互锁端板            15：阴阳头连接耳板 

16：顶板U型加劲肋           17：大挖空横隔板 

18：一字型横隔板 

2：标准桥节 

21：顶板                    22：腹板 

23：底板 

24：承压互锁端板                25：阴阳头连接耳板 

26：顶板U型加劲肋               27：大挖空横隔板 

28：一字型横隔板 

3：横向连接臂 

4：螺栓                         5：阴头连接耳板 

6：阳头连接耳板                 7：连接销子 

8：预应力钢束                   9：锚固垫板 

10：预应力钢束孔 

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明,当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得一更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。 

请参阅图1及图13所示，图1是本发明节段式模块化快速组拼桥内部结构分解示意图，图13是本发明节段式模块化快速组拼桥的第一个实施例。本发明第一个较佳实施例一种节段式模块化快速组拼桥，其包含：跳板桥节1，包括顶板11、腹板12、底板13、承压互锁端板14及阴阳头连接耳板15；标准桥节2，包括顶板21、腹板22、底板23、承压互锁端板24及阴阳头连接耳板25；跳板桥节1和标准桥节2由承压互锁端板14、阴阳头连接耳板15与承压互锁端板24、阴阳头连接耳板25固定连接；标准桥节2之间由承压互锁端板24和阴阳头连接耳板25互相固定连接。 

上述的跳板桥节1的顶板11与底板13呈1:6.7的纵向坡度斜置，腹板12位于底板13及顶板11之间并与底板13和顶板11一体成型制成；承压互锁端板14和阴阳头连接耳板15均在跳板桥节1的连接端，承压互锁端板14为π形，与跳板桥节1一体成型制成，阴阳头连接耳板15与腹板12以螺栓固定连接。 

上述的标准桥节2的顶板21、底板23和腹板22一体成型制成，承压互锁端板24和阴阳头连接耳板25均在标准桥节2的连接端，承压互锁端板24为π形，与标准桥节2一体成型制成，阴阳头连接耳板25与腹板22以螺栓固定连接。 

请参阅图6、图7及图8所示，图6是本发明的顶板示意图。图7是本发明的大挖空横隔板示意图。图8是本发明的一字型横隔板示意图。请参阅图6所示，顶板11（21）和具有顶板U型加劲肋16（26）， 与顶板11（21）一体成型。请参阅图7所示，该跳板桥节1具有2片大挖空横隔板17和3片一字横隔板18，在跳板桥节1内一体成型制成；该标准桥节分别具有3片和5片大挖空横隔板27，分别具有2片和4片一字横隔板28，在标准桥节2内一体成型制成。 

请参阅图2及图3所示，图2是本发明的跳板桥节结构示意图。图3是本发明的跳板桥节内部结构示意图。花纹钢顶板11由单面带菱形花纹的普通钢板制作而成，用于车辆走行，菱形花纹则起防滑作用；波纹钢腹板12由普通钢板轧制成形，其波距为20cm，与桥梁节段长度为模数配合；CFRP－钢板叠层复合材料底板13由钢板和CFRP板叠层粘结而成，叠层粘结构造为钢板+CFRP板+钢板+CFRP板+钢板，端板设有两排防撕裂预压锚固螺栓5；大挖空横隔板17和一字横隔板18均由普通钢板制作而成；承压互锁端板14和承压互锁端板24设于对接面顶部，由普通钢板制作而成。 

请参阅图4及图5所示，图4是本发明的标准桥节结构示意图。图5是本发明的标准桥节内部结构示意图。花纹钢顶板21由单面带菱形花纹的普通钢板制作而成，用于车辆走行，菱形花纹则起防滑作用；波纹钢腹板22由普通钢板轧制成形，其波距为20cm，与桥梁节段长度为模数配合；CFRP－钢板叠层复合材料底板23由钢板和CFRP板叠层粘结而成，叠层粘结构造为钢板+CFRP板+钢板+CFRP板+钢板，端板设有两排防撕裂预压锚固螺栓5；大挖空横隔板27和一字横隔板28均由普通钢板制作而成；承压互锁端板24设于对接面顶部，由普通钢板制作而成。 

请参阅图9、图10及图11所示，图9是本发明的承压互锁端板示意图。图10是本发明的阴头连接耳板示意图。图11是本发明的阳头连接耳板示意图。在承压互锁端板14（24）的对接承压面上设有剪力互锁销轴和销孔，用于桥节间连接面的顶部承压连接；阴阳头连接耳板15（25）由高强钢板制成且包括：阴头连接耳板5和阳头连接耳板6，连接销子7由高强合金钢制成且用于阴阳头连接耳板15（25）间的纵向连接，阴头连接耳板5、阳头连接耳板6和连接销子7共同形成桥节间连接面的底部受拉连接。 

请参阅图13所示，在本实施例中，总桥长为28米，总桥宽为3.0米，由两幅节段式模块化快速组拼桥水平平行拼接而成，其中跳板桥节1各长度为8米，标准桥节2长度分别为4米和8米。顶板11和顶板21均为单面带菱形花纹的普通钢板，宽度均为1.2米；底板13和底板23均为CFRP-钢板叠层复合材料，宽度均为0.3米；腹板12和腹板22为波纹钢板。 

请参阅图12所示，图12是本发明的跨中横断面示意图。横向连接臂3由普通方钢制成，用于两个π形截面之间的横向固定。 

在进行拼装时，首先将各桥节间通过承压互锁端板14（24）以及阴阳头连接耳板15（25）连接，在各桥节对接的承压面上将剪力互锁销轴和销孔对应，将阴阳接头耳板15（25）以连接销子7销锁连接，各桥节拼装完成后，将两幅节段式模块化快速组拼桥用横向连接臂3横向固定，其中每两个水平平行的跳板桥节1之间用横向连接臂3固定连接，每两个水平平行的标准桥节2之间用横向连接臂3固定连接，拼装组成整座桥梁。 

请参阅图14所示，图14是本发明节段式模块化快速组拼桥的第二个实施例拼装示意图。在本发明的第二个实施例中，跳板桥节1和标准桥节2的结构和拼装方式与第一个实施例相同。其中区别在于，其底板13（23）为CFRP－钢板叠层复合材料，由钢板和CFRP板叠层粘结而成，叠层粘结构造为钢板+CFRP板+钢板+CFRP板+钢板+CFRP板+钢板；为了减轻节段式模块化快速组拼桥的桥梁自重，同时保证结构的屈曲稳定性，各桥节的腹板12（22），采用一种双层挖空夹心板代替实施例1中所示的波纹钢板，其他部分及连接方式与实施例1相同。双层挖空夹心板腹板12（22）由两层挖空平钢板间填充蜂窝状铝合金材料芯，铝芯与平钢板间固定连接。 

请参阅图15、图16、图17、图18及图19所示，图15是本发明节段式模块化快速组拼桥的第三个实施例拼装示意图。图16是本发明的第三个实施例跳板桥节结构示意图。图17是本发明的第三个实施例标准桥节内部结构示意图。图18是本发明的第三个实施例锚固垫板示意图。图19是本发明的第三个实施例底板预应力示意图。在本发明的第三个实施例中，跳板桥节1和标准桥节2的结构和拼装方式与第一个实施例相同。其中区别在于，请参阅图15所示，各桥节的底板11（21），采用一种预应力钢结构的型式代替实施例1中所示的CFRP－钢板叠层复合材料，其他部分及连接方式与实施例1相同。请参阅图20及图21所示，底板13（23）以两片钢板平行水平设置并分别与腹板12（22）下端固定连接，形成π形截面，底板13（23）端头底面增加预应力钢束8和锚固垫板9，锚固垫板9与钢板底板13（23）以螺栓4固定连接，5根预应力钢束8穿过垫板预应力钢束孔10进行张拉固定以承受桥梁荷载正弯矩。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (7)

1.一种节段式模块化快速组拼桥，其特征在于，其包含：

跳板桥节（1），包括顶板（11）、腹板（12）、底板（13）、承压互锁端板（14）及阴阳头连接耳板（15）；

标准桥节（2），包括顶板（21）、腹板（22）、底板（23）、承压互锁端板（24）及阴阳头连接耳板（25）；

跳板桥节（1）和标准桥节（2）由承压互锁端板（14）、阴阳头连接耳板（15）与承压互锁端板（24）、阴阳头连接耳板（25）固定连接；

标准桥节（2）之间由承压互锁端板（24）和阴阳头连接耳板（25）固定连接。

2.根据权利要求1所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征所述的跳板桥节（1）的顶板（11）与底板（13）纵向呈坡度斜置，腹板（12）位于底板（13）及顶板（11）之间并与底板（13）和顶板（11）一体成型制成；承压互锁端板（14）和阴阳头连接耳板（15）均在跳板桥节（1）的连接端，承压互锁端板（14）为π形，与跳板桥节（1）一体成型制成，阴阳头连接耳板（15）与腹板（12）以螺栓固定连接。

3.根据权利要求2所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征所述的跳板桥节（1）内具有顶板U型加劲肋（16），与顶板（11）一体成型；所述的跳板桥节（1）内具有大挖空横隔板（17）和一字横隔板（18），在跳板桥节（1）内一体成型制成。

4.根据权利要求1所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征所述的标准桥节（2）的顶板（21）、底板（23）和腹板（22）一体成型制成，承压互锁端板（24）和阴阳头连接耳板（25）均在标准桥节（2）的连接端，承压互锁端板（24）为π形，与标准桥节（2）一体成型制成，阴阳头连接耳板（25）与腹板（22）以螺栓固定连接。

5.根据权利要求5所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征所述的标准桥节（2）内具有顶板U型加劲肋（26），与顶板（21）一体成型；所述的标准桥节（2）内具有大挖空横隔板（27）和一字横隔板（28），在标准桥节（2）内一体成型制成。

6.根据权利要求1所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征所述的顶板（11）和顶板（21）为花纹钢板，底板（13）和底板（23）为CFRP-钢板叠层复合材料，腹板（12）和腹板（22）为褶皱型钢板。

7.根据权利要求1所述的节段式模块化快速组拼桥，其特征每两个水平平行的跳板桥节（1）之间用横向连接臂（3）固定连接，每两个水平平行的标准桥节（2）之间用横向连接臂（3）固定连接。

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